準Ⅳ類排放標準污水處理工藝應用進展

呂開雷

(核工業西南勘察設計研究院有限公司, 四川成都 610000)

1 污水排放標準

為改善城市水環境質量，國家及地方先后出臺嚴于(GB 18918-2002)《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A的排放標準。表1列出了地表Ⅳ類水水質和代表性準Ⅳ類排放標準的主要污染物限值。如表1所示，這些排放標準的污染物(除TN外的COD、BOD、NH3-N、TP等指標)限值已經達到或接近(GB 3838-2002)《地表水環境質量標準》地表Ⅳ類水相應的指標要求(本文統稱準Ⅳ類)。

表1 地表Ⅳ類水標準和準Ⅳ類排放標準 mg/L

本文在介紹國內近年來準Ⅳ類污水處理常用工藝的基礎上，分析了預處理、生物處理和深度處理等相關技術的應用趨勢，最后給出結論與建議，以期能為準Ⅳ類污水處理廠的建設提供借鑒。

2 常用污水處理工藝及適用范圍

國內近年來準Ⅳ類污水處理代表性案例詳表2[2-17]。

表2中16個污水處理代表性案例中，12座污水處理廠采用了“生物處理+深度處理”為主體的工藝，3座污水處理廠采用了A2O—MBR工藝，其余1座污水處理廠采用兩者并聯運行。

準Ⅳ類污水處理工藝達標的基本思路可大體概括為：生物處理階段盡可能實現NH3-N、COD的最終降解，同時最大限度地實現TN和TP的去除；深度處理主要實現截流SS、進一步脫氮除磷，起到出水把關的作用[2]。生物法泥水分離的主要類型包括二沉池、膜池、沉淀潷水等；用地條件允許時，優先選用二沉池[18]。膜生物反應器(MBR)工藝具有占地省，出水水質好等特點；但同時存在投資費用高、運行費用較高等問題；比較適合于老舊城市污水處理廠的提標改造；當用地緊張時，可考慮采用[9]。

表2中14座污水處理廠的生物處理采用處理效果好、運行穩定的活性污泥法[3]；其中12座采用A2O及其改良工藝(如多級AO工藝、Bardenpho工藝)，3座采用氧化溝工藝。另有1座采用SBR池中投加懸浮填料的MBBR工藝。其余1座采用改良型SBR與MBBR串聯運行的工藝。

深度處理多采用兩種及以上方法的組合工藝，具體工藝因項目情況而異，差別較大；常用的主要有絮凝沉淀、反硝化過濾、臭氧催化氧化、接觸消毒等方法。

3 污水處理技術應用趨勢

準Ⅳ類污水處理工藝流程一般由預處理、生物處理及深度處理三部分組成。現將各部分的作用、技術應用趨勢及設計要點分析總結如下：

3.1 預處理

污水預處理一般包括粗格柵、提升泵房、細格柵及沉砂池；為防止碳源損耗，可不設置初沉池。如后續采用MBR膜工藝，應在預處理末端設置超細格柵(又稱膜格柵)用于去除細小毛發和纖維物質，以防膜堵塞[9-19]。

表2 準Ⅳ類污水處理代表性案例

當城鎮污水混入工業廢水時，應根據來水情況設置水質水量調節、水質調整、有毒有害物質去除等工序；常用的強化預處理措施有均質調節池、氣浮除油、化學沉淀、化學氧化、水解酸化等[17、19]。

3.2 生物處理

生物處理承擔著降解去除大部分污染物的作用，是污水處理系統能夠達標運行的“重中之重”。主要對生物處理設計工藝選擇、現狀生化池利用等進行分析總結。

3.2.1 工藝選擇。

近年來，城鎮污水廠總體呈現出進水BOD偏低的態勢，而進水N、P總體偏高，進水碳源不足，導致生物脫氮效果有限[20]。因此，相比COD、BOD等碳源指標，N、P等指標的去除問題相對突出。生物脫氮和生物除磷在易降解有機物爭奪、泥齡要求上存在固有矛盾[21]，生物處理設計一般優先保證生物脫氮的效果，盡量兼顧生物除磷的效果。

分段進水多級AO工藝可以在低碳氮比條件下可高效地去除氮、磷等營養，最大程度地利用原水碳源，是準Ⅳ類污水處理的常用工藝，一般分為2級[12]、3級[6]或4級[4]。在MBR脫氮除磷工藝中A2O及其變形強化工藝的處理效果和運行管理是最為穩定和方便的，因此在目前應用的工程經驗來看MBR多選用改良型A2O工藝[3、7、9]。

3.2.2 現狀生化池利用。

從表2可以看出，準Ⅳ類污水處理廠多為提標改造項目。現狀生化池的運行模式和停留時間往往不能滿足更高的出水標準要求，需要對其進行改造，如何經濟有效的利用好現狀生化池值得研究。改造的思路大體分為四種情況：

(1)改造現有池型，優化運行模式。王小郢污水處理廠提標改造中利用原氧化溝HRT較長的優勢，將其改造為以A2/O為特征的工藝流程[2]。長沙市第二污水處理廠提標改造中，將HRT為4h的原氧化溝改造為厭氧-缺氧池，將二沉池改造為 MBR綜合池，運行效果達到要求[9]。

(2)減小處理規模，增加HRT。寧波市中心某城鎮污水處理廠將原7×104m3/d的AAO工藝生物反應池折減至5×104m3/d，基本滿足提標處理要求[7]。臺州某污水廠提標改造中將氧化溝處理規模減半并將其改造為兩段AO池，HRT達到32h，保證脫氮效果[11]。

(3)投加生物填料，增加池內生物總量。長三角地區某污水處理廠提標將原SBR池改造為MSBR-MBBR工藝，將池體切割為缺氧區及好氧區，同時在好氧區投加懸浮填料，保證了反硝化和硝化效果[14]。④ 后續增加生化段，進一步去除污染物。東源縣縣城污水處理廠提標改造在現狀氧化溝后設置曝氣生物濾池進一步去除氨氮[10]。北京經開區東區污水處理廠SBR池出水可達一級B標，提標時增設缺氧-好氧兩級MBBR池進一步去除NH3-N和TN[16]。

現狀生化池的利用方案應依據項目提標改造的“邊界條件”，對現狀設施進行全面評估，通過經濟技術比較后綜合確定。

3.3 深度處理

深度處理主要確保出水SS、TP和TN等能穩定達標。MBR出水經消毒后能夠達到“準Ⅳ類”標準，其后可不設置深度處理。常用的深度處理工藝總結如下：

(1)從表2可看出，絮凝沉淀+濾池是常用的深度處理工藝。絮凝沉淀通過投加化學藥劑，用于強化TP、SS的去除，同時增加對膠體COD的去除率。高效沉淀池相比普通平流式沉淀池具有水力負荷高、運行成本低等優點[11]，得到廣泛應用。過濾的主要功能是強化對水中懸浮固體的攔截效果，進一步去除SS[18]。反硝化濾池具有生物脫氮及過濾功能，可根據脫氮需求靈活運用反硝化濾池，必要時可投加碳源進行深度脫氮[12]。

(2)如污水處理廠進水混入一定量的工業廢水，其中往往會含有溶解性難生物降解COD，可考慮采用高級氧化法去除。臭氧催化氧化技術在國內已有較多工程案例，可以對難降解COD實現穩定的處理效果，同時去除水中的色度[5]。

4 結論、建議與思考

(1)“生物處理+深度處理”、A2O-MBR是準Ⅳ類污水處理的常用工藝。工藝的確定應根據項目邊界條件，通過經濟技術分析對比確定。分段進水多級AO工藝、改良型A2O工藝脫氮除磷效果良好且運行穩定，是常用的生物處理工藝。絮凝沉淀+濾池是常用的深度處理工藝。

(2)污水處理廠提標改造應充分利用既有設施。建議對污水處理現狀設施的評價制定相應標準，為現狀設施的技術評估提供指引和依據，有利于提標改造方案的科學決策。

(3)污水處理廠提標到準Ⅳ類，需要增加大量的工藝流程，使得建設和運營成本明顯增加。水環境質量問題的影響因素多且成因非常復雜，農業和城市的面源污染，“污水直排”“合流制溢流”等點源污染問題均應引起重視，不應將所有的工作重點都放在污水處理廠的提標改造上[23]。因此，將排放標準提升到準Ⅳ類既要考慮環境容量的要求，也要考慮經濟性，即投入和產出效益；切勿“盲目跟風”。